Zelldifferenzierung

Kernkompetenzen

  • Entwicklung von zellbasierten Therapien aus Schweißdrüsenstammzellen 
  • Etablierung und Optimierung von organotypischen Modellsystemen
  • Biologisierung von Implantaten und dessen Charakterisierung

Schweißdrüsen-abgeleitete Stammzellen und organotypische Testsysteme für die Industrie und akademische Forschung

Die Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung konnte mit humanen Stammzellen aus Schweißdrüsen eine neue Zellquelle für die regenerative Medizin erschließen. Der besondere Vorteil Schweißdrüsen abgeleiteter Stammzellen liegt in der leichten Zugänglichkeit und der ethischen Unbedenklichkeit. In Tierversuchen konnte bereits ein positiver Effekt auf die Wundheilung gezeigt werden. Insbesondere die Neubildung von Blutgefäßen (Revaskularisierung) konnte mit einer Stammzellbehandlung im Tierversuch beschleunigt werden. Studien haben gezeigt, dass die Wirkung der Stammzellen zu einem Großteil von löslichen (parakrinen) Faktoren ausgeht, welche im Wundmilieu von den Stammzellen ausgeschüttet werden. Die Stammzellen verstärken somit die natürliche Wundheilung um ein Vielfaches.

Auch für die Anwendung in der peripheren Nervenregeneration weisen Schweißdrüsen abgeleitete Stammzellen ein hohes Potential auf. Periphere Nervenläsionen entstehen durch Unfälle oder im Rahmen von chirurgischen Eingriffen. Wird die periphere Nervenläsion nicht schnellstmöglich geschlossen, können irreversible Funktionsverluste auftreten. Für die Überbrückung solcher Defekte können autologe Transplantate verwendet werden, wodurch das Problem jedoch nur auf unwichtigere Köperteile verlagert wird. Daher kommen bei kleineren Defekten in der Regel künstliche Nervenleitschienen zum Einsatz. Ziel unserer Untersuchungen ist es, unsere Stammzellen hinsichtlich eines positiven Effektes auf die periphere Nervenregeneration zu untersuchen. In Anlehnung an die Vorstudien zur Wundheilung wurden Kokulturexperimente mit Stammzellen und peripheren Neuronen angefertigt. Dabei zeigte sich, dass Stammzellen das Auswachsen neuer peripherer Nervenbahnen um ein vielfaches beschleunigen können (siehe Projektbeispiel).  

In Zukunft sollen Stammzellen aus Schweißdrüsen für klinische Anwendungen verfügbar gemacht werden. 

Für den Anwendungsbereich Wundheilung arbeitet die EMB bereits eng mit der neu ausgegründeten Firma Bioenergy CellTec GmbH zusammen. Ziel der Kooperation ist die Entwicklung neuartiger und hochwirksamer Wundauflagen für die Behandlung chronischer Wunden. 

Ein weiteres Arbeitsgebiet der Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung besteht in der Entwicklung neuer In-vitro-Testsysteme. Der besondere Fokus liegt dabei insbesondere auf organotypischen Gewebekulturen. Ziel ist hier die Entwicklung von aussagekräftigen In-vitro-Modellen, welche zur Reduktion von Tierversuchen beitragen. Vor allem im Bereich der Herztestsysteme steht mit spontan kontrahierenden Aggregaten aus der Regenbogenforelle (SCCs) ein vielversprechendes Modellsystem zur Verfügung. Elektrophysiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass SCCs zur Detektion von substanzinduzierten Herzrhythmusstörungen sowie der Untersuchung von Ischämie genutzt werden können.

 

 

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FORSCHUNGSPROJEKTE

Zellbasierte Therapien

Humane adulte Stammzellen aus Schweißdrüsen (SGSCs) haben großes Potential für regenerative Therapien. Im Tierversuch konnte bereits gezeigt werden, dass SGSCs die Hautwundheilung fördern, was sich in einer verstärkten Revaskularisierung und einem schnelleren Verschluss der Wunde äußerte. In Zukunft sollen SGSCs für den klinischen Einsatz verfügbar gemacht werden. Dazu ist eine Anpassung des Herstellungs- und Kultivierungsprozesses nach GMP-Richtlinien notwendig. Zudem sollen weitere Anwendungsgebiete (z.B. Biologisierung von Implantaten) erschlossen werden.

Biologisierung von Implantaten

Periphere Nerven können durch Unfälle durchtrennt werden, was oftmals zu einem sensorischen oder motorischen Funktionsverlust führt. Sind wichtige Bereiche des Körpers betroffen, können größere Defektstrecken mit autologen Transplantaten wiederhergestellt werden. Dies zieht in der Regel einen Funktionsverlust am Spenderort mit sich. Mithilfe von Nervenleitschienen stehen künstliche Transplantate zur Verfügung, die bislang aber noch nicht an die Qualität eines autologen Nerventransplantates heranreichen. Mithilfe von autologen Stammzellen sollen Nervenleitschienen biologisiert werden. Dadurch soll die Narbenbildung minimiert und das Nervenwachstum gefördert werden. Der Effekt von biologisierten Nervenleitschienen soll mithilfe neuartiger In-vitro-Testsysteme und im Tierversuch getestet werden.

Organotypische Testsysteme

In Zukunft wird der Bedarf an Alternativmethoden zu Tierversuchen stark ansteigen. Organotypische Testsysteme stellen eine attraktive Alternative zu bestehenden Tiermodellen dar und können dazu beitragen diesen steigenden Bedarf zu decken. In der Fraunhofer EMB wurden Herstellungs- und Kulturbedingungen für Gewebeschnitte aus verschiedenen Geweben (z.B. Herz, Leber, Hirn) etabliert und ermöglichen die Erfassung vitaler Gewebeparameter. Im Bereich der Herzgewebeschnitte konnte die Methodik bereits auf humanes Gewebe übertragen werden, wodurch Speziesunterschiede ausgeräumt werden können. Darüber hinaus konnten die Kenntnisse über die Isolation von Schweißdrüsen und Schweißdrüsen-abgeleiteten Stammzellen genutzt werden, um ein 3D-Kulturmodell isolierter Schweißdrüsen zu etablieren. Dieses Modell ist in Kultur über mehrere Wochen haltbar und erlaubt die Untersuchung von Wirkstoffeinflüssen auf humane Schweißdrüsen. In Zukunft sollen die Testsysteme verbessert und auf weitere Gewebe (Haut, peripheres Nervensystem) erweitert werden.

Zellen lernen vom Gewebe

Die Differenzierung von Stammzellen kann über eine direkte oder indirekte Kokultur von Stammzellen mit Gewebebiopsien oder Zellen des Zielgewebes induziert werden. Dabei lernen die Stammzellen von den Zellen des Zielgewebes. Lösliche Faktoren oder Zell-Zell-Kontakte führen dazu, dass die Stammzellen verstärkt in Zelltypen des Zielgewebes differenzieren. In der Arbeitsgruppe konnte bereits die Differenzierung in Herzmuskel-, Nerven- und Endothelzellen induziert werden.

Stammzellen heilen Gewebe

Kokultursysteme können verwendet werden um den Einfluss von Stammzellen auf die Regeneration eines Gewebes zu untersuchen. Dieser Effekt kann über eine indirekte Kokultur von Stammzellen und dem Zielgewebe induziert werden. Dabei interagieren die Stammzellen über lösliche Faktoren mit den Zellen des kokultivierten Zielgewebes. Mit diesem Kokultursystem konnte schon gezeigt werden, dass Stammzellen einen regenerationsfördernden Effekt auf Nervenzellkulturen haben.

   

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Publikationen

                                                                       

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